CN105411584A - 一种集中供湿的脑电帽及柔性微渗电极结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性微渗电极，其包括柔性软管(21)、微渗接触头(22)、和导电引线(23)，柔性软管(21)包括前端和后端，前端与微渗接触头(22)相连，后端与存储导电液的液囊(1)连接，柔性软管(21)中充满导电液体，导电引线(23)浸泡在该导电溶液中。本发明还公开一种使用上述电极的脑电帽，所形成的柔性微渗电极及脑电帽有很好的阻抗特性和舒适度，解决了导电液大量残留造成的不适感，并大量节省了实验准备时间。

Description

一种集中供湿的脑电帽及柔性微渗电极结构
技术领域
本发明涉及微加工制造技术及电生理信号采集等相关技术领域，具体涉及一种基于金属和柔性材料的集中供湿电极结构及所组成的脑电帽。
背景技术
头皮脑电采集***通常称为脑电帽。脑电帽是一种装配了脑电电极、并可将脑电电极稳固附着在头部及紧邻部位的装置。通常情况下，脑电帽佩戴好以后，为了使电极与头皮之间形成良好稳定的电接触，需要通过脑电帽及电极上预留的孔隙，逐个向电极下方注入包含特定离子及导电特性、同时具有适当粘度的导电膏。为了防止导电膏向四周溢出，一般的电极都设计成桶状或碗状，注入的电极膏填充在头皮与电极之间，起着润湿皮肤及消除毛发造成的电隔离，为脑电采集提供一个较低的电极/组织界面。直到现在，这种电极结构及配合导电膏安放策略一直是信号质量最佳的一种脑电信号采集器件。
尽管在电信号采集质量方面占有优势，但这种电极的缺点主要存在三方面：一是使用准备时间长，需要逐个电极注入导电膏，一个人很难单独完成电极的佩戴；第二个是受试者使用完这种电极后，头发及头皮部位会有严重的导电胶残留，需要洗头方可去除，给用户造成很大的不便。第三是不适用于长期的慢性电生理信号监测。伴随着时间推移，导电液会逐渐的挥发、蒸发，增大皮肤电极界面阻抗。随着脑电在健康监护及脑机接口方面应用的展开和深入，这种电极+导电膏的方式的不足越来越凸显。在这些应用场景中，为了自我健康监护或娱乐，使用者很难容忍用这种他人安放、用后洗头的操作模式。为此一些机构研发出了不需要导电膏的干电极，如M.A.Lopez-Gordo等人2014年在SENSORS期刊上发表的《DryEEGElectrodes》一文中，对近些年主要干电极公司及产品进行了综述和总结，这些干电极器件无论在使用舒适度方面还是在信号质量方面，都无法和湿电极相比。为了消除头发的阻隔，干电极器件大都采用梳状结构，利用梳齿穿过头发，缺少了导电膏缓冲的同时，梳齿较小的横截面直接接触头皮本身就有一定的不适，同时为了使接触更稳定，往往还需要在梳状干电极上施加更大的压力。在阻抗及信号稳定性方面，由于缺乏导电膏的缓冲，干电极器件对运动干扰往往非常敏感，这对具有穿戴要求的***是非常不利的。同时在长期的研究中发现，金属电极或其他聚合物材料形成的干电极绝大多数存在硬度过硬，佩戴不舒适等现象，特别是使用在人脑实验时，给受试者带来一定程度的疼痛感。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有的干、湿电极在舒适度、实验准备时间过长、长期监测以及皮肤电极界面阻抗不稳定等问题。本发明的主要目的在于提供一种由柔性材料作为主体组成的脑电帽,实现即戴即用的快速舒适的脑电采集。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种柔性微渗电极，其包括柔性软管、微渗接触头和导电引线，柔性软管包括前端和后端，前端与微渗接触头相连，后端与存储导电液的液囊连接，柔性软管中充满导电液体，导电引线浸泡在该导电溶液中。
根据本发明的另一方面，提供了一种集中供湿的脑电帽，其包括液囊和柔性微渗电极，液囊安装在脑电帽上，是存储使脑电帽上柔性微渗电极润湿的导电液的容器，柔性微渗电极包括柔性软管、微渗接触头和导电引线，柔性软管包括前端和后端，前端与微渗接触头相连，后端与存储导电液的液囊连接，柔性软管中充满导电液体，导电引线浸泡在该导电溶液中。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明采用的是将一种柔性材料为主体，同时结合导电物形成的具备存储定量导电液的脑电帽***。所形成的柔性微渗电极及脑电帽有很好的阻抗特性和舒适度，不会使人产生电极压迫的疼痛感以及导电液大量残留造成的不适感。伴随着导电液的良性补给，保持了皮肤电极之间阻抗的稳定性，极大地提高了生物电生理信号的质量，利于长期对脑信号进行监测。在大量的试验中表明，本发明形成的集中供湿的脑电帽及柔性微渗电极结构测试效果良好，能够达到与传统脑电帽相似的采集效果，证明了本发明的可行性。
附图说明
图1是本发明集中供湿的脑电帽***示意图；
图2是本发明的柔性微渗电极结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提出了一种柔性微渗电极以及使用该电极的集中供湿的脑电帽。根据本发明的基本原理，柔性微渗电极由柔性软管、柔性孔隙材料和导电引线构成。柔性软管中充满导电液体，其前端是柔性孔隙材料(如纤维或柔性陶瓷)，后端连接到灌注导电液的液囊，导电引线的引线头采用银/氯化银制备，后端与连接线相连，其中银/氯化银部分浸泡在软管的液体中，与孔隙近邻；连接线经软管壁穿出，处于软管之外。导电液可以通过孔隙，以毛细作用渗透到前端孔隙材料下表面，当导电液在孔隙材料中的表面张力和渗透压达到平衡时，导电液在表面达到饱和，此时不再有导电液渗出；当孔隙材料的表面因为蒸发等原因消耗、平衡打破，软管中的溶液会继续补充到下表面，保持电极及其所接触的头皮处于润湿和低阻状态。装配在同一个脑电帽上的这种电极通过软管连接到一个液囊。本发明最大的特点在于长时间保持阻抗稳定不变，使用舒适度高，一次性同时灌注所有电极，极大地减少了电极准备时间，即戴即用。由于采用微渗的方式，避免了导电膏在头发上的粘附。这样的电极及既具有湿电极信噪比好的优点，又克服了湿电极安放准备时间长、佩戴后需清除头发上的导电膏等不便。
下面参照图1和图2进一步详细说明本发明的方案。图1是本发明集中供湿的脑电帽***示意图；图2是本发明的柔性微渗电极结构示意图。
各附图标记的含义是：1:液囊；2：柔性微渗电极；21：柔性软管22：微渗接触头；23：导电引线；231：引线头；232：连接线。
如图1所示，集中供湿的脑电帽包括液囊1和柔性微渗电极2两部分。
如图2所示，柔性微渗电极2包括了柔性软管21、微渗接触头22、导电引线23。其中导电引线23又包括了引线头231和连接线232两部。
柔性微渗电极2通过以下步骤制备：步骤1：将液态的PDMS主剂与硬化剂以10:1比例混合，注入柔性软管的模具中，利用抽真空的方式使混合液中的气泡浮至表面并破裂，在放入120度的烤箱中烤约一个小时，使其固化成型，形成柔性软管21。柔性软管21包括前端和后端，前端和后端可以一样，也可以不一样，优选地，柔性软管21的前端比后端要宽，整体呈瓶状。步骤2：利用高压将PEDOT材料制作成静电纺丝结构，使其形成海绵状的结构，内部形成蜂窝状空隙结构，形成微渗接触头22。步骤3：在柔性软管21一端的内壁安放银/氯化银材料组成的引线头231，引线头231与连接线232相连，连接线232穿破柔性软管内壁，引致外部，便于与外界采集设备相连。步骤4：利用加热固化的方式将柔性软管21和微渗接触头22结合在一起，使引线头231与微渗接触头22尽量靠近，形成一个封闭的统一整体。步骤5：将环氧树脂形成的液囊1一端与PDMS形成的柔性软管21另一端进行热固化，形成密封连接。
集中供湿的脑电帽则是依据国际10-20脑电图导联***，将以上步骤中提及制作的电极，一一安放在丝织物脑电帽的对应位置，并固定好，形成集中供湿的脑电帽。
液囊1是存储使脑电帽上电极润湿的导电液的容器，通过与柔性软管21与各电极连接，液囊1可以安放在脑电帽头顶的位置，通过重力势能向个电极提供润湿用电解液；也可以安放在其他部位，通过压缩空气或微泵等动力驱动导电液向电极运动。
在使用过程中，微渗接触头22与头部接触，导电液经柔性软管21进入，润湿微渗接触头及与之接触的发肤。液囊能及时向前端的柔性软管补充导电液，维持皮肤电极界面的湿润，便于长期监测。而柔性软管前端的微渗接触头又能有效的避免导电液快速渗透造成的各采集通路短路或是导电液大量残留等问题。同时所设计的柔性微渗电极结构因其弹性特性，能够增加实用者的舒适度，有效避免了目前电极使用中伴随的疼痛等不适感。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种柔性微渗电极，其包括柔性软管(21)、微渗接触头(22)、和导电引线(23)，柔性软管(21)包括前端和后端，前端与微渗接触头(22)相连，后端与存储导电液的液囊(1)连接，柔性软管(21)中充满导电液体，导电引线(23)浸泡在该导电溶液中。
2.根据权利要求1所述的柔性微渗电极，其特征在于，柔性软管(21)由聚合物制备而成。
3.根据权利要求2所述的柔性微渗电极，其特征在于，微渗接触头(22)由柔性孔隙材料制备而成，微渗接触头(22)与头部接触，导电液经柔性软管(21)进入，润湿微渗接触头(22)及与之接触的发肤。
4.根据权利要求3所述的柔性微渗电极，其特征在于，导电引线(23)由处在柔性软管(21)中的引线头(231)及位于软管外的连接线(232)两部分构成，其中引线头(231)由电化学电极材料制备，引线头(231)浸泡在软管中，紧贴或近邻微渗接触头(22)放置，连接线(232)穿破软管壁引到软管外，与脑电采集设备相连，穿过柔性软管(21)的部分形成良好的密封，管内外的两部分之间形成稳定低阻的电连接。
5.一种集中供湿的脑电帽，其包括液囊(1)和柔性微渗电极(2)，液囊(1)安装在脑电帽上，是存储使脑电帽上柔性微渗电极(2)润湿的导电液的容器，柔性微渗电极包括柔性软管(21)、微渗接触头(22)和导电引线(23)，柔性软管(21)包括前端和后端，前端与微渗接触头(22)相连，后端与存储导电液的液囊(1)连接，柔性软管(21)中充满导电液体，导电引线(23)浸泡在该导电溶液中。
6.根据权利要求5所述的集中供湿的脑电帽，其特征在于，柔性软管(21)由聚合物制备而成。
7.根据权利要求6所述的集中供湿的脑电帽，其特征在于，微渗接触头(22)由柔性孔隙材料制备而成，微渗接触头(22)与头部接触，导电液经柔性软管(21)进入，润湿微渗接触头(22)及与之接触的发肤。
8.根据权利要求7所述的集中供湿的脑电帽，其特征在于，导电引线(23)由处在柔性软管(21)中的引线头(231)及位于软管外的连接线(232)两部分构成，其中引线头(231)由电化学电极材料制备，引线头(231)浸泡在软管中，紧贴或近邻微渗接触头(22)放置，连接线(232)穿破软管壁引到软管外，与脑电采集设备相连，穿过柔性软管(21)的部分形成良好的密封，管内外的两部分之间形成稳定低阻的电连接。
9.根据权利要求5所述的脑电帽，其特征在于，液囊(1)安放在脑电帽头顶的位置，通过重力势能向各电极提供润湿用电解液，或者安放在其他部位，通过压缩空气或微泵等动力驱动导电液向电极运动。
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